緊鄰地鐵車站建筑土方蓋挖施工技術

李文旭，李建峰，尹文龍，代 龍，徐 睿，馬 賀

(中建三局集團有限公司，湖北 武漢 430064)

逆作法施工工藝的逐漸普及，土方蓋挖施工技術也隨之被廣泛應用。王練杰[1]依托北京通州區(qū)運河核心區(qū)IX-11 地塊項目，介紹了順逆結合施工方法，總結了土方蓋挖以板代撐的方式有效減少了基坑變形，安全性高。李強等[2]針對地鐵車站位于城市核心區(qū)，建筑及人口稠密的特點，設計了蓋挖順作的臺階式縱向開挖方法，保證了周邊建筑物的安全。本文依托天津市地鐵3 號線王頂?shù)陶菊淼貕K（迎順大廈）項目，介紹緊鄰地鐵車站建筑土方蓋挖施工技術。

1 工程概況

天津市迎順大廈項目工程地下室基坑周長約為410m，基坑面積約9 800m2?；又ёo采用兩墻合一地下連續(xù)墻部分逆作的支護方式，利用兩層地下室結構梁板作為支撐體系。地連墻外側設置全封閉水泥土連續(xù)墻止水，基坑降水采用鋼管井降水。基坑大面開挖深度11.8m，辦公樓區(qū)域開挖深度12.8m，智能停車庫區(qū)域開挖深度13.15m，局部電梯井位置最大開挖深度16.4m。

根據(jù)該工程巖土工程勘察報告，場地埋深約100.00m深度范圍內(nèi)，地基土按成因年代可分為12層，取其中淺層土按照土體類型在全場地范圍內(nèi)地層自上而下分別為素填土層（厚1.50～3.50m），粉質(zhì)粘土層（厚3.20～8.90m），淤泥質(zhì)粘土層（厚1.00～4.50m），粉質(zhì)粘土層（厚3.90～12.00m），粉砂層（厚6.0～10.40m）。場區(qū)內(nèi)地下潛水穩(wěn)定水位在2.10m 左右，水位年變幅0.50～1.00m。

2 施工重難點

1）該工程地處天津市南開區(qū)迎水道與苑中路交口，北側為王頂?shù)痰罔F站，西側、南側為居民小區(qū)，西北側為使用中加油站，周邊構筑物及人口都十分密集，并且人流量及車流量較大。

2）該工程基坑圍護結構施工、基坑降水、土方開挖等過程中，存在地表沉降、路面開裂、建筑物傾斜、既有地鐵和地鐵線路軌道差異沉降、管線折裂及基坑自身安全等風險。

3）在開挖最后一步土方時，出現(xiàn)淤泥質(zhì)粘土，該土質(zhì)含水量極大，土方開挖及外運極為困難。

3 緊鄰地鐵車站建筑土方蓋挖施工技術

土方蓋挖施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 土方蓋挖施工流程圖

3.1 應對措施

1）選擇逆作土方蓋挖施工方式，利用地下結構梁板作為水平支撐體系，避免了大量臨時支撐的架設和拆除，避免了拆除噪音和視覺恐慌，減少施工投訴問題。

2）為保證既有結構不出現(xiàn)裂縫與結構破壞，要把沉降差異控制在報警值內(nèi)，首先確定土方蓋挖施工的原則：以板代撐，土方對稱、分層、抽條、限時開挖、及時進行墊層澆筑，進行全面的基坑監(jiān)測，隨時掌握基坑變形情況，有針對地安排各項安全技術保障措施。地庫區(qū)施工人員處于相對封閉狀態(tài)，采用安裝軸流風機與低壓照明燈解決逆作法通風與照明問題。

3）針對淤泥質(zhì)土，提前進行降水作業(yè)，將土中水分降至最低。采用拌白灰的措施，將淤泥質(zhì)土體硬化的方式處理。

3.2 土方開挖施工工序

土方開挖整體遵循“由遠及近（地鐵側）、分段分塊、隨挖隨撐、及時封閉”的原則，并對臨近地鐵車站位置采用抽條開挖的方式。結合實際情況設計土方開挖階段的劃分，如表1 所示，豎向劃分為3 個施工階段；水平根據(jù)出土口區(qū)域?qū)⒃摴こ痰叵率曳譃锳、B、C 3個大區(qū)，A 區(qū)分為3 個小區(qū)，B區(qū)分為2 個小區(qū)，C 區(qū)位于場地中間首先施工（圖2、圖3）。

表1 土方開挖豎向劃分

圖2 水平分 區(qū)示意圖

圖3 原始工況

1）第一階段土方開挖 在樁基和基坑支護施工養(yǎng)護完成，水位降至-9.85m 時，開始地下車庫的第一步土方開挖，地下車庫第一步土方量約3.5 萬m3。地下車庫區(qū)域第一步土方開挖首先自南向北開挖兩出土口中間區(qū)域土方，并形成該區(qū)域內(nèi)的零層梁板；其次按照整體由西向東的原則開挖土方，開挖靠近地鐵一側土方時應分塊抽條開挖，抽條開挖時每塊面積不超過400m2。具體開挖順序劃分：第一階段設計開挖至地庫地下一層頂板下1.6m，首先自南向北開挖C-1 區(qū)土方，澆筑此處梁板形成整個場地區(qū)域內(nèi)的南北對撐，待混凝土強度達到100%，再進行其他區(qū)域的第一階段土方開挖。A、B 區(qū)土方開挖，整體按照由西向東、由北向南退挖的原則開挖土方。開挖靠近地鐵一側即A-2、B-1 區(qū)土方時，將土方開挖對地鐵結構的影響降到最小。第一階段土方開挖完成后，在土方開挖完成面上鋪設縱橫向木跳板搭設滿堂支撐架再進行施工地庫頂板及1#、2#出土口處混凝土角撐，其中水平鋼筋綁扎前先進行預壓處理（圖4、圖5）。

圖4 第一階段土方開挖工況

圖5 地下一層頂板及出土口角撐施工工況

2）第二階段土方開挖 待地庫頂板和出土口位置處的角撐混凝土強度達到100%后，開始第二階段土方開挖作業(yè)，水位維持在-9.85m，開挖底標高為-8.85m，土方開挖量約5 萬m3。

采用小挖機在基坑內(nèi)向各出土口接力轉(zhuǎn)土，大挖機在地庫頂板上往上轉(zhuǎn)土的出土方式。具體開挖順序：先進行A-3、B-2 預留出土口區(qū)域土方開挖，然后進行C-1 區(qū)域土方開挖，并澆筑此處梁板形成整個場地區(qū)域內(nèi)的南北對撐。形成C-1區(qū)域結構強度達到100%后進行A-1、B-3 區(qū)土方開挖。然后開挖靠近地鐵一側即A-2、B-1 區(qū)土方。地鐵側土方進行抽條開挖，先進行A-2 區(qū)域土方開挖，然后B-1，且抽條開挖時每塊面積不超過400m2。進而完成第二階段土方開挖。第二階段土方開挖完成后，在土方開挖完成面上鋪設縱橫向木跳板搭設滿堂支撐架再進行施工地下二層頂板及1#、2#出土口處混凝土角撐，其中水平鋼筋綁扎前先進行預壓處理（圖6、圖7）。

圖6 第二階段土方開挖工況

圖7 地下二層頂板及出土口角撐施工工況

3）第三階段土方開挖 待地下二層頂板和出土口位置處的角撐混凝土強度達到100%，基坑水位降至-17.40m 后，開始第三階段土方開挖，土方開挖量約3.3 萬m3，開挖至槽底。本次開挖與第二階段土方開挖技術方式相似，采用小挖機在基坑內(nèi)向各出土口接力轉(zhuǎn)土，長臂挖機往上轉(zhuǎn)土的出土方式。夜間挖土并出土，白天將樓板下土方轉(zhuǎn)至首層板指定位置，夜間用大挖機直接裝車運出。具體開挖順序：首先進行出土口區(qū)A-3、B-2 區(qū)域土方開挖，其次進行A-1、B-3 區(qū)域土方開挖，然后按照由遠及近的原則進行C-1 區(qū)域土方開挖。地鐵側土方進行抽條開挖，先進行B-1區(qū)域土方開挖，然后進行A-2 區(qū)域土方開挖。第三階段土方開挖結束，進行地下車庫底板和逆作地庫地下二層墻柱結構施工，土方開挖結束。后續(xù)相應混凝土強度達到100%，開始破除出土口處地下二層角撐進行下階段施工，直至完成基坑工程（圖8、圖9）。

圖8 第三階段土方開挖工況

圖9 破除出土口處地下二層角撐工況

3.3 基坑監(jiān)測情況

本基坑為一級基坑，基坑監(jiān)測從開始施工水泥土連續(xù)墻到降水井全部封閉的時間段內(nèi)進行，以便信息化施工?；颖O(jiān)測分為水平位移監(jiān)測、豎向位移監(jiān)測、支護結構內(nèi)力監(jiān)測和地下水位監(jiān)測4 項，監(jiān)測點布置如圖10 所示，監(jiān)測內(nèi)容為：地連墻墻頂?shù)乃胶拓Q向位移、地連墻的深層水平位移、立柱的豎向位移、水平支撐的內(nèi)力、周邊地表豎向位移、周邊的管線位移、周邊建筑物沉降/傾斜、基坑外地下水水位。

圖10 基坑監(jiān)測點布置圖

水平位移監(jiān)測中，測定特定方向上的水平位移時，采用視準線法、投點法；測定監(jiān)測點任意方向的水平位移時，視監(jiān)測點的分布情況，采用前方交會法和極坐標法；當測點與基準點無法通視或距離較遠時，采用GPS 測量法與基準線法相結合的綜合測量方法。

豎向位移監(jiān)測采用幾何水準方法?？拥茁∑穑ɑ貜棧┩ㄟ^設置回彈監(jiān)測標，采用幾何水準并配合傳遞高程的輔助設備進行監(jiān)測，傳遞高程的金屬桿或鋼尺等進行溫度、尺長和拉力等修正。

內(nèi)力監(jiān)測傳感器在基坑開挖前1 周埋設，并取開挖前連續(xù)2d 獲得的穩(wěn)定測試數(shù)據(jù)的平均值作為初始值。支護結構內(nèi)力采用安裝在結構表面的應變計進行測量?；炷翗嫾捎娩摻顟τ嫓y量，鋼構件采用應變計測量。水位管在基坑開始降水前1 周埋設，且逐日連續(xù)觀測水位并取得穩(wěn)定初始值?；訁^(qū)域監(jiān)測數(shù)據(jù)如表2 所示，顯然基坑及各支護結構均沒有過大變形，變化量均在設計值之內(nèi)，表中累計最大變化量是所有監(jiān)測點位中變化最大量，可見基坑整體結構穩(wěn)定。

表2 基坑區(qū)域監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄表

4 結語

1）結合現(xiàn)場實際情況編制了土方蓋挖專項方案，設計了分部、分層、抽條等開挖和轉(zhuǎn)運工序，避免了周邊居民投訴，保證了基坑施工安全和較高的施工效率。

2）將地下室頂板適當區(qū)域加固作為施工平臺和材料堆場，可有效解決基坑周邊場地狹小問題，為后續(xù)施工提供便利，加快施工進度。

3）自基坑工程施工至結束，基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)與地鐵保護區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)始終保持穩(wěn)定。為土方蓋挖施工領域又提供了一個成功案例。